Comprendre les énergies renouvelables

Les énergies renouvelables sont inépuisables, en tout cas à l’échelle de l’utilisation humaine. C’est pourquoi on les distingue des énergies non renouvelables comme les énergies fossiles ou les énergies nucléaires qui exploitent des ressources dont les stocks s’épuisent.

Au sommaire :
Comprendre les énergies renouvelables

Qu'est-ce qu'une énergie renouvelable ?

On appelle énergie renouvelable (EnR) une énergie produite à partir de sources non fossiles renouvelables, autrement dit, une énergie dont la source est illimitée ou se régénère, et ne s’épuise donc pas. Attention cependant, une EnR n’est pas forcément écologique : elle peut générer des émissions polluantes ou des déchets.

Le Code de l’énergie fournit une liste précise des EnR existantes :

  • l’énergie éolienne, soit l’énergie du vent ;
  • l’énergie solaire thermique, qui capte la chaleur du soleil, ou l’énergie solaire photovoltaïque, qui exploite son rayonnement ;
  • l’énergie géothermique, qui puise la chaleur présente en profondeur dans le sol ;
  • l’énergie ambiante, soit l’énergie thermique naturellement présente mais aussi l’énergie accumulée dans un environnement fermé, qui peut être emmagasinée dans l’air ambiant (hors air extrait), dans les eaux de surface ou dans les eaux usées ;
  • l’énergie marémotrice, qui repose sur le mouvement des marées, houlomotrice, qui exploite la houle, et les autres énergies marines ;
  • l’énergie hydroélectrique, qui utilise l’énergie des flux d’eau ;
  • la biomasse, soit la fraction biodégradable de certaines matières d’origine biologique, les gaz de décharge, créés durant la décomposition de déchets organiques, les gaz des stations d’épuration d’eaux usées et le biogaz, produit par la fermentation de matières organiques.

Pour baisser les émissions de GES et de CO2, le développement des énergies renouvelables est une solution d’avenir. Les énergies vertes participent effectivement à la transition énergétique de la France visant à renforcer son indépendance énergétique et à réduire son impact sur l’environnement.

Une énergie peut être renouvelable mais pas forcément écologique si elle nécessite par exemple une grosse installation hydroélectrique. À l’inverse, une énergie écologique n’est pas forcément renouvelable (les biocarburants, par exemple).

En 2020, on estime la part d’énergie renouvelable dans la consommation finale brute d’énergie en France à 19,1 %. Ce chiffre est en forte croissance depuis 2005. Cela signifie que la part restante qui alimente la France en énergie, et notamment en énergie électrique, est issue d’énergies non renouvelables. Il peut s’agir d’énergies thermiques à flamme, exploitant des combustibles comme le charbon, le gaz naturel et le pétrole, ou bien d’énergie thermique nucléaire exploitant l’uranium dans des centrales nucléaires.

La particularité des énergies fossiles (issues de la transformation de matières organiques enfouies dans le sol pendant des millions d’années) est qu’elles exploitent des ressources limitées et qu’elles émettent des gaz à effet de serre dans l’atmosphère lors de leur combustion. L’énergie nucléaire, quant à elle, n’est pas une énergie fossile et génère très peu d’émissions de gaz à effet de serre mais elle produit une quantité considérable de déchets radioactifs dangereux. Ces deux types d’énergies ont donc un impact négatif sur la planète, contrairement aux énergies renouvelables.

Les 6 familles d’énergies renouvelables

Nous pouvons regrouper les 13 types d’énergies renouvelables cités dans le Code de l’énergie en 6 grandes familles d’énergies renouvelables : l’énergie solaire (qui se décline en énergie thermique et photovoltaïque), l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique, l’énergie biomasse, l’énergie géothermique et l’énergie ambiante.

L’énergie solaire thermique et l’énergie solaire photovoltaïque

L’énergie thermique et l’énergie photovoltaïque utilisent la même source d’énergie renouvelable : le soleil. Cependant, l’énergie produite n’est pas utilisée de la même manière.

L’énergie solaire thermique nécessite l’usage de panneaux solaires thermiques exploitant le rayonnement solaire pour chauffer un fluide transmis au chauffe-eau solaire individuel situé dans la maison ou au chauffe-eau solaire collectif (CESC) dans un immeuble collectif. Ces panneaux sont composés d’une surface vitrée et d’un absorbeur métallique. Par le rayonnement solaire sur la vitre, l’absorbeur (partie du panneau qui convertit le rayonnement solaire en énergie) s’échauffe et transfère sa chaleur à l’eau chaude sanitaire d’un ballon de stockage solaire, via un échangeur. Certains capteurs, conçus comme des éléments de toiture, s’intègrent très bien aux constructions.

Même si l’énergie solaire thermique approvisionne majoritairement des chauffe-eau solaires pour la production d’eau chaude sanitaire, il existe aussi des systèmes combinés chauffage solaire et ECS solaire (beaucoup moins répandus).

 

Quant à l’énergie solaire photovoltaïque, elle permet de produire de l’électricité grâce à des panneaux comprenant des cellules dites photovoltaïques. Ces cellules reçoivent la lumière du soleil et en transforment une partie en électricité.

Les panneaux photovoltaïques peuvent être connectés à un réseau de distribution d‘électricité, ou non. Dans le cas où il n’est pas connecté au réseau électrique, l’électricité produite par le panneau est stockée dans une batterie d’accumulateur et délivrée en courant continu ou alternatif, pour alimenter directement en électricité renouvelable un logement ou un bâtiment. On parle alors d’autoconsommation. Lorsque les panneaux sont connectés au réseau électrique, on appelle cette énergie la part exportée. Cela permet d’apporter dans les villes de l’énergie plus responsable.

énergie solaire photovoltaïque

Il existe également des panneaux hybrides, combinant solaire thermique et photovoltaïque, qui allient la production d’électricité et d’eau chaude. La face avant est un panneau photovoltaïque tandis que la face arrière permet la production de chaleur grâce à un échangeur thermique breveté. Une innovation qui peut couvrir les besoins énergétiques en électricité et eau chaude avec une surface réduite !

Si l’on doit citer un inconvénient aux énergies solaires, c’est qu’elles ne peuvent être exploitées que lorsque le soleil brille. De plus, les performances d’une installation solaire photovoltaïque ou solaire thermique dépendent de l’orientation des panneaux solaires et des zones d’ensoleillement dans lesquelles ils se trouvent.

L’énergie éolienne

Les éoliennes exploitent l’énergie cinétique du vent c’est-à-dire son mouvement, pour produire de l’énergie, par exemple de l’électricité. Les éoliennes associées à un générateur électrique permettent effectivement de fabriquer du courant. Le générateur est alors relié à un réseau électrique pour alimenter diverses infrastructures en électricité.

Les éoliennes peuvent être installées sur la terre ferme, ce qu’on appelle les éoliennes onshore, ou bien en mer, on parle alors d’éoliennes offshore.

Ces équipements sont adaptés aux grandes installations. En effet, les éoliennes ne sont que très rarement utilisées à une échelle domestique, pour plusieurs raisons. D’abord, parce qu’elles produisent des nuisances sonores qui peuvent être gênantes si on se trouve à moins de 70 mètres de l’installation. Ensuite, parce qu’il faut une puissance de vent exploitable pour que l’éolienne produise de l’énergie. Or, les courants venteux intéressants sont généralement présents en altitude. Enfin, si on souhaite installer une éolienne à plus de 12 mètres de hauteur, il est nécessaire de demander un permis de construire à la mairie. Pour les habitations collectives ou individuelles, il est possible d’opter pour une micro-éolienne qui se caractérise par un diamètre plus petit et un fonctionnement simplifié. Cependant, son rendement peut être faible.

Au même titre que l’énergie solaire, l’énergie éolienne est une énergie intermittente puisqu’elle ne produit de l’énergie que lorsque le vent souffle.

L’énergie hydraulique

L’énergie hydraulique désigne l’énergie obtenue grâce à l’exploitation de l’eau, plus précisément des mouvements de l’eau. Celle-ci est moins sujette aux conditions météorologiques que les deux précédentes. Comme l’éolienne, l’énergie hydraulique est surtout employée pour une production importante, non pas pour une seule habitation.

Parmi les énergies hydrauliques, on trouve différentes techniques d’exploitation de l’eau :

  • l’énergie marémotrice qui utilise l’énergie des marées, notamment les différences de niveaux d’eau et les courants créés par celles-ci. Par exemple, l’usine de la Rance en Bretagne est une usine marémotrice ;
  • l’énergie hydrolienne qui exploite les courants marins ;
  • l’énergie houlomotrice, qui est créée à partir de l’énergie cinétique des vagues et de la houle ;
  • les barrages qui libèrent d’importantes quantités d’eau sur des turbines, permettant ainsi de produire de l’électricité comme dans les Alpes ;
  • l’énergie osmotique qui produit de l’électricité en utilisant la différence de pression générée par la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce ;
  • l’énergie thermique qui peut être obtenue grâce à la différence de température entre les eaux profondes et les eaux de surface.

Il y a donc de nombreux moyens de générer de l’électricité en utilisant la force de l’eau, ressource très présente sur notre planète.

En France, l’énergie hydraulique est la principale énergie renouvelable utilisée. En 2018, le pays était d’ailleurs classé au 2e rang européen pour sa production hydroélectrique, derrière la Norvège.

L’énergie biomasse

L’énergie biomasse est une énergie obtenue grâce à la fraction biodégradable des produits, des déchets et des résidus d’origine biologique provenant de l’agriculture (cela comprend les substances végétales et animales), de la sylviculture et des industries connexes, y compris la pêche et l’aquaculture, mais aussi des déchets industriels et des déchets ménagers, lorsqu’ils sont d’origine biologique.

Aujourd’hui, le bois (issu de la sylviculture) est la principale source d’énergie dans le secteur de l’énergie biomasse. Le bois est utilisé principalement pour du chauffage domestique, à l’aide de  chaudière aux granulés de bois et de poêle à bûches ou pellets par exemple. La combustion de bois et de déchets végétaux et animaux permet également de produire de l’électricité ou de la chaleur. Enfin, la biomasse est aussi utile pour produire du biocarburant afin d’alimenter des véhicules fonctionnant à l’éthanol ou au biodiésel.

L’énergie géothermique

L’énergie géothermique s’appuie sur la chaleur contenue dans les sols. Pour capter l’énergie géothermique, on fait circuler un fluide dans les profondeurs de la Terre. Ce fluide peut être celui d’une nappe d’eau chaude captive naturelle, ou de l’eau injectée sous pression pour fracturer une roche chaude et imperméable. Dans les deux cas, le fluide se réchauffe et remonte chargé de calories. Ces calories sont utilisées directement ou converties partiellement en électricité.

Il faut savoir que plus on va profondément dans les sols, plus la température des nappes est élevée. Ce qui signifie que l’énergie puisée profondément est plus importante.

Selon la profondeur à laquelle cette énergie est puisée, elle ne va pas servir au même usage :

  • entre 10 et 100 mètres de profondeur : on appelle cela la géothermie à très basse énergie, qui permet d’alimenter par exemple les pompes à chaleur géothermiques domestiques,
  • la géothermie moyenne, qui exploite notamment les gisements d’eau de 30° à 150 °C, permet d’alimenter les réseaux de chaleur urbains,
  • la géothermie profonde, puisant l’énergie à 2500 mètres de profondeur, permet la production d’électricité.

Le gros avantage de l’énergie géothermique c’est qu’elle ne dépend pas des conditions atmosphériques pour produire de la chaleur et de l’électricité.

L’énergie ambiante

Pour finir, l’énergie ambiante est le produit de la chaleur naturellement présente, mais aussi celle accumulée dans un environnement fermé. Elle peut se trouver dans l’air ambiant (hors air extrait), dans les eaux de surface (situées dans les fleuves, rivières, lacs, cours d’eau, eaux de ruissellement, mers et océans) ou dans les eaux usées. C’est une source d’énergie naturelle et renouvelable puisque cette chaleur se régénère continuellement.

L’énergie ambiante est par exemple utilisée dans certains logements collectifs avec un procédé de récupération de la chaleur des eaux grises (eaux issues des usages collectifs comme la lessive, la cuisine ou le bain). Le principe consiste à préchauffer grâce à la chaleur des eaux grises, l’eau froide alimentant le système de production d’eau chaude sanitaire.

Pourquoi développer les énergies renouvelables ?

Il y a de nombreux avantages à développer et utiliser les énergies renouvelables.

Le premier est bien sûr écologique. La production des énergies citées plus haut émet beaucoup moins de gaz à effet de serre et de déchets que celle des énergies non renouvelables. Elles contribuent donc à la réduction de notre empreinte carbone et à la lutte contre le réchauffement climatique.

D’ailleurs, dans la Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC), la feuille de route du gouvernement français pour lutter contre le changement climatique et mettre en œuvre la transition vers une économie bas-carbone, circulaire et durable, le développement des énergies renouvelables est central. Ces énergies ont effectivement un grand rôle à jouer dans l’atteinte de la neutralité carbone à l’horizon 2050 et la réduction de l’empreinte carbone du bâtiment.

Par ailleurs, il n’y pas de risque d’épuisement de ces ressources puisqu’elles se renouvellent. Mais ce n’est pas parce qu’une énergie est dite renouvelable qu’il faut tomber dans la surproduction. En effet, concernant la biomasse (notamment le bois) et la géothermie, l’exploitation des sources d’énergies renouvelables ne doit pas dépasser leur renouvellement. Il faut être dans une production mesurée et ne pas entraîner par exemple de déforestation.

Enfin, les énergies renouvelables peuvent vous permettre de réduire considérablement votre facture énergétique, via l’utilisation de panneaux solaires thermiques ou d’une chaudière biomasse (à granulés de bois par exemple). C’est donc un investissement très rentable sur le long terme pour votre alimentation en électricité et en chauffage.

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